KR102116894B1

KR102116894B1 - 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브

Info

Publication number: KR102116894B1
Application number: KR1020190141434A
Authority: KR
Inventors: 이명상
Original assignee: 이명상
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2020-05-29

Abstract

본 발명은 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브에 관한 것으로, 직선유로가 형성된 좌우로 유입구(1) 및 배출구(2)가 동일축선상에 형성되고, 직선유로 중앙으로 트림하우징(3)이 형성되며, 상기 트림하우징(3)에 내설되어 링크구동, 기어구동, 공압 또는 유압구동, 스크류구동 중 어느 하나의 구동수단(5)에 의해 구동력을 인가받아 트림하우징내의 축선상에서 유입구측으로 좌우왕복운동하도록 마련된 플러그샤프트(4)가 형성되고, 일단이 유입구 직경에 대응되도록 형성되고, 내주연은 유입구 내경에 대응되도록 원통형상으로 형성되며, 내측 중앙으로 상기 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단이 결합되는 체결공(7)이 형성되어 상기 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단이 체결공에 결합되어 일측으로 상기 유입구측 유로를 개폐하도록 좌우왕복운동하는 플러그샤프트에 의해 축선상에서 좌우왕복운동하도록 플러그(6)가 마련되며, 직선유로 외주연 상측으로 상기 트림하우징(3)과 연통되게 설치되어 상기 구동수단(5)의 작동을 제어하여 플러그의 개폐작동을 제어하도록 마련된 밸브제어장치(8)가 마련된 고압유량제어밸브에 있어서, 상기 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단으로부터 트림하우징 내측 타단으로 동일직경으로 관통형성된 압력차압공(100)과; 상기 트림하우징(3) 내측으로 상기 플러그샤프트(4)의 타단이 수평상 좌우로 슬라이딩 이동가능하게 기밀끼움결합되고, 상기 플러그샤프트(4)의 좌우이동에 따른 수평상의 최대 이격거리보다 크게 요입형성되며, 상기 압력차압공(100)과 연통되어 압력차압공으로부터 고압의 유체가 구동수단(5)에 의해 작동되는 상기 플러그샤프트(4)의 좌우 수평이동에 따라 유입 및 배출되면서 상기 압력차압공(100)의 유입구측 압력에 대응되는 압력이 작용되도록 마련된 압력차압실(200);로 형성된 것을 특징으로 하는 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브에 관한 것이다.

Description

밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브{High pressure flow control valve for easy valve opening and closing}

본 발명은 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직선유로를 가진 고압유량제어밸브의 플러그측에 유체압력이 가해짐에 따라 밸브의 개폐조작이 어렵거나 이로 인해 유체의 유량제어의 어려움 및 정밀성 저하를 방지하도록 플러그측의 유입구측 유체압력과 밸브개폐조작을 위한 트림하우징 내부의 압력간의 차이가 제로가 되도록 하여 유체 압력으로 인한 밸브의 개폐조작의 어려움이 없고, 유량제어가 우수하여 유량의 정밀조작이 가능하고, 밸브의 개폐조작시 진동 및 소음이 저감되며, 수충격과 같은 유체압력충격으로 인한 밸브파손을 방지할 수 있으며, 저압의 밸브제어장치로도 고압의 유량제어밸브에 적용이 가능하여 생산비용 및 소비자 비용을 절감할 수 있어 경제적이며, 비상시, 수동조작도 가능한 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브에 관한 것이다.

일반적으로 밸브는 관속을 흐르는 유체의 유량·유속·압력 등을 제어하는 장치이다. 목적에 따라 여러 종류가 있는데 가장많이 사용되고 있는 것이 정지밸브이고, 청동으로 만든 것이 많고 합금강으로 된 것도 있다. 그밖에 슬루스밸브·체크밸브·감압밸브 등이 있으며, 콕도 넓은 의미로는 밸브의 한 종류이다.

그리고, 흐름을 멈추게 하는 정지밸브는 제작비도 많이 들지 않고 부속품의 교환, 수리가 쉬우므로 차단장치로 널리 사용되고 있다. 이것에는 유체의 입구와 출구가 일직선 위에 있는 글로브밸브와 유체의 입구와 출구가 직각으로 된 앵글밸브가 있다. 정지밸브는 작용이 확실하며 값이 싸지만 유체저항·압력손실이 크다.

슬루스밸브는 원판모양의 밸브가 관의 통로를 직각 방향으로 막아 흐름을 막는 것으로서, 나사 등에 의해 원판을 끌어올려 닫는다. 끌어올리는 양에 의해 유량을 제어할 수 있다. 밸브의 모양에 따라 평행미끄럼밸브와 쐐기모양밸브 등이 있다. 정지밸브보다 압력강하는 적고, 밸브 몸체의 길이는 짧아 고압·고속으로 유량이 많을 때 사용된다. 체크밸브는 한 방향으로만 흘려보내고 반대방향으로의 흐름을 방지하는 밸브로서 위험방지 또는 기능확보를 위해 사용된다.

감압밸브는 유체의 압력을 자동적으로 감압시켜 감압 후의 압력을 일정하게 유지하기 위한 밸브로서, 용수철이나 다이어프램에 의해 개폐된다. 콕은 기밀(氣密)한 미끄럼면을 회전시켜 유체의 흐름을 급속히 차단 또는 대체하는 데 사용된다. 또한 정지밸브보다 조작이 간단하지만 지름이 작고 저압일 때 사용한다. 관의 통로에 원판을 놓고, 그 회전으로 개폐를 조절하는 나비밸브도 있다. 밸브의 재료로는 사용압력, 온도, 유체의 종류를 고려해서 적합한 것을 선택한다. 청동·주철·강·합금강 등이 적절히 사용된다.

상기와 같은 다양한 종류의 밸브는 모두 유량과 유체압력에 따라 선택적으로 사용된다. 특히 유량이 많거나 압력이 높으면 유량제어의 용이성을 위해 특수한 밸브를 사용해야 하거나 유량이나 압력에 적합한 밸브를 선정해야 한다.

하지만, 이와 같은 고유량, 고압력의 유체에 적용되는 밸브는 유량제어가 용이하지 못하다. 이유로는 통상 유체의 흐름이나 유량을 제어하는 밸브는 유체의 입구와 출구 양측에 작용하는 압력차로 인해 상당한 부하를 받게되며, 그 부하는 제어 유량과 압력에 따라 커진다. 즉, 고유량, 고압력의 유체는 높은 부하를 밸브에 주게 되고, 밸브의 개폐조작을 통한 수충격이나 유체의 고압력, 고유량에 의한 마모나 손상이 발생될 수 있다. 특히, 상기와 같은 고유량, 고압력의 유체를 제어하는 유체제어밸브는 개폐조작을 위해서는 밸부에 인가되는 부하보다 큰 힘이 필요로 하고, 이는 곧 밸브제어장치의 대형화를 초래하게 되어 밸브자체보다 밸브제어장치가 오히려 큰 이상 형태로 구성되는 문제가 있으며, 고유량의 제어용 밸브 자체는 사람이 수동조작은 사실상 불가능하여 직접 조작하는 것은 상당한 무리가 따른다.

따라서, 부하가 큰 대유량 제어용 밸브를 무리 없이 조작하기 위해 앞서 언급한 바와 같이 밸브제어장치의 대형화나 차압을 이용하는 것이 잘 알려져 있다. 전자의 경우는 밸브제어장치가 유량에 따라 크기가 커지기 때문에 이에 따른 경제적 부담과 설치공간의 제약이 따르는 문제가 있고, 차압을 이용하는 밸브는 메인유로와는 별도로 유체를 가두고 조절할 수 있는 압력작용실을 설치하여 메인유로의 입구측 압력과 그 압력작용실의 내부압력의 차로 메인밸브를 움직여서 메인유로를 개폐하는 것으로, 직선유로상에서는 적합하지 못하다.

이와 같은 종래 차압을 이용한 밸브는 앞서 설명한 바와 같이, 메인유로의 입구측 압력과 그 압력작용실의 내부압력의 차로 메인밸브의 메인유로 개폐를 결정하는 데 여기서, 압력작용실은 미세한 오리피스를 통해 메인유로의 입구측과 연결되고 또한 파일럿유로를 통해 그 출구측 유로와도 연결된다. 또한, 파일럿유로는 오리피스보다 크고 메인유로보다는 훨씬 작은 구경으로 형성되어 별도의 소형보조밸브('파일럿밸브'라고도 한다)로 개폐된다. 즉 소형 보조밸브를 조작하여 압력작용실의 내부 압력을 조절하고, 그 조절된 압력작용실의 내부 압력과 메인유로의 입구측 압력의 차를 이용하여 메인밸브를 조작하는 것이며, 따라서 적은 힘으로 대유량 제어용 밸브를 조작할 수 있는 것이다.

이러한 차압 방식의 밸브조작메커니즘의 예로서 대한민국 등록특허 10-0532974, 10-0734743 등에는 메인밸브로서 다이어프램형 밸브를 사용한 구조가 제안되어 있다. 다이어프램형 밸브의 밸브부재는 그 일측면 가장자리가 메인 유로의 입구측에 노출되고 그 타측면 전부가 압력작용실에 노출되어 그 양측의 차압에 의해 신축함으로써 유로를 개폐한다.

공개특허 10-2004-0092430에는 메인밸브로서 피스톤부착형 밸브를 사용한 구조가 제안되어 있다. 피스톤부착형밸브는 원환형의 밸브부재가 피스톤 부재에 부착되고, 피스톤 부재는 실린더 모양의 압력작용실에 설치되어 그 일측면 가장자리가 메인 유로의 입구측에 노출되고 그 타측면 전부가 압력작용실에 노출되어, 그 양측의 차압에 의해 직선 왕복운동 함으로써 밸브부재를 이동시킨다.

하지만, 이와 같은 차압을 이용한 밸브는 차압에 의한 밸브는 선행기술에서도 살펴본 바와 같이 고압의 유량제어를 위한 직선유로를 가진 밸브에는 적용이 어렵다는 문제가 있다. 즉, 직선유로상에서는 유입구 압력이 그대로 전달되기 때문에 차압이 발생되더라도 차압이 제로가 되지 않는 한 밸브개폐작동에 대한 어려움이 여전히 남아 있게되고, 이로 인해 밸브제어장치의 소형화가 어렵다. 또한, 차압으로 인한 배출구측의 압력저하가 발생되기 때문에 고압의 유체배출을 유지하기 위한 라인에서는 어려움이 있다.

나아가, 고압의 유량을 제어하기 위한 고압유량제어밸브로서 직선유로상에서는 앞서 언급한 바와 같이, 개폐를 제어하기 위한 플러그측으로 고압이 그대로 인가되기 때문에 종래의 일반적인 차압방식으로는 유량제어의 어려움이 있다. 즉, 종래 방식으로 차압을 발생한다고 하더라도 유입구측의 고압 유량에 의해 플러그가 개방된 방향으로 밀리거나 차단시 밸브조작이 어려워지는 문제가 여전히 남아 있기 때문이다.

즉, 종래 차압방식을 이용한 밸브의 개폐조작을 살펴보면 앞서 언급한 선행기술에서는 비교적 저압의 다이어프램형 밸브에 적용하였고, 이를 개선하기 위해 최근 개시된 공개특허 제10-2010-0122585호, 공개일자 2010년 11월 23일. 선행기술 내용에서도 메인유로는 마치 직선유로의 형태를 취하고 있으나 밸브의 개폐를 제어하는 밸브시트는 수평상의 직선유로상에서 수직으로 이동하여 유량을 제어하도록 구성하고 있어 다이어프램형 밸브와 큰 차이가 없는 형태를 취하고 있는 것을 확인할 수 있어 이 역시 고압의 유량제어를 위한 직선유로상에 설치되는 고압유량제어밸브의 문제점에서 벗어나지 못하고 있다.

여기서, 발며의 상세한 설명에도 설명한 바와 같이, 밸브의 개폐를 제어하기 위한 밸브지지부재가 닫힌 상태를 유지할 때에는 메인밸브 몸체의 입구측 유로의 내부압력과 파일럿밸브 몸체의 압력작용실 내부압력이 서로 같아 그 차압이 제로가 되지만 개방시 압력작용실의 내부압력이 감소하면서 입구측 유로의 내부압력보다 낮아져 밸브지지부재가 쉽게 개방된다고 설명되어 있다.

즉, 밸브지지부재의 개방단계에서는 차압이 제로가 되지 않고, 입구측 유로의 내부압력이 높은 상태를 유지하기 때문에 쉽게 개방된다고 설명되어 있으나 이와 같이 압력이 어느 한 측으로 치우치게 되면 유량의 제어의 정밀성이 떨어지게 되는 문제가 발생된다. 더군다나 밸브지지부재가 열려있는 상태에서 다시 닫히도록 하기 위해서는 압력작용실의 내부압력이 입구측 유로의 내부압력과 동일하게 맞추어야 하는 데 이 때는 밸브제어장치에 의해 제어해야만 제어가 된다. 즉, 차압이 제로가 되는 시점은 밸브지지부재가 닫혀있는 상태에서만이고, 개방되면 제로가 되지 않고 압력이 어느 한 측으로 치우쳐 밸브개폐작동에 어려움이 따르게 되며, 더욱이, 고압의 유량일 경우에는 작업자가 수동조작할 수 없으며, 비상시 수동조작을 해야 함에도 불구하고, 이를 실시할 수 없어 유지보수가 어렵다는 문제가 발생된다.

나아가, 고압으로 인한 밸브제어장치의 대형화로 인해 여전히 설치장소의 제약이나 경제적 부담이 가중될 수 밖에 없는 문제가 있는 실정이다.

1. 대한민국 등록특허 제10-0532974호, 등록일자 2005년 11월 25일. 2. 대한민국 등록특허 제10-0734743호, 등록일자 2007년 06월 27일. 3. 대한민국 공개특허 제10-2004-0092430호, 공개일자 2004년 11월 03일. 4. 대한민국 공개특허 제10-2010-0122585호, 공개일자 2010년 11월 23일.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로, 직선유로를 가진 고압유량제어밸브의 플러그측의 유입구측 유체압력과 밸브개폐조작을 위한 트림하우징 내부의 압력간의 차이가 균형을 이루도록 하여 밸브의 개폐조작이 유체의 압력이나 유량과 무관하게 이루어질 수 있도록 하여 고압의 유량제어가 우수하고, 고압 유량의 정밀조작이 가능함은 물론, 밸브의 개폐조작시 진동 및 소음이 저감되며, 수충격과 같은 유체압력충격으로 인한 밸브파손을 방지할 수 있는 밸브개폐가 용이한 고압유량제어밸브를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 플러그측의 유입구측 유체압력과 밸브개폐조작을 위한 트림하우징 내부의 압력간의 차이가 서로 동일하게 균형을 이루어 제로가 되도록 함으로써, 밸브 개폐조작에 따른 시간이 단축되어 유량제어 성능이 향상되고, 소형 밸브제어장치로도 대형 밸브제어장치가 필요로하는 고압의 유량제어밸브에 적용이 가능하여 밸브의 소형화 및 저소비전력 향상, 생산비용 및 소비자 비용을 절감과 설치장소의 제약이 없어 보다 경제적이며, 비상시 수동으로 밸브개폐조작이 가능한 밸브개폐가 용이한 고압유량제어밸브를 제공하는 데 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브는 직선유로가 형성된 좌우로 유입구(1) 및 배출구(2)가 동일축선상에 형성되고, 직선유로 중앙으로 트림하우징(3)이 형성되며, 상기 트림하우징(3)에 내설되어 링크구동, 기어구동, 공압 또는 유압구동, 스크류구동 중 어느 하나의 구동수단(5)에 의해 구동력을 인가받아 트림하우징내의 축선상에서 유입구측으로 좌우왕복운동하도록 마련된 플러그샤프트(4)가 형성되고, 일단이 유입구 직경에 대응되도록 형성되고, 내주연은 유입구 내경에 대응되도록 원통형상으로 형성되며, 내측 중앙으로 상기 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단이 결합되는 체결공(7)이 형성되어 상기 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단이 체결공에 결합되어 일측으로 상기 유입구측 유로를 개폐하도록 좌우왕복운동하는 플러그샤프트에 의해 축선상에서 좌우왕복운동하도록 플러그(6)가 마련되며, 직선유로 외주연 상측으로 상기 트림하우징(3)과 연통되게 설치되어 상기 구동수단(5)의 작동을 제어하여 플러그의 개폐작동을 제어하도록 마련된 밸브제어장치(8)가 마련된 고압유량제어밸브에 있어서, 상기 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단으로부터 트림하우징 내측 타단으로 동일직경으로 관통형성된 압력차압공(100)과; 상기 트림하우징(3) 내측으로 상기 플러그샤프트(4)의 타단이 수평상 좌우로 슬라이딩 이동가능하게 기밀끼움결합되고, 상기 플러그샤프트(4)의 좌우이동에 따른 수평상의 최대 이격거리보다 크게 요입형성되며, 상기 압력차압공(100)과 연통되어 압력차압공으로부터 고압의 유체가 구동수단(5)에 의해 작동되는 상기 플러그샤프트(4)의 좌우 수평이동에 따라 유입 및 배출되면서 상기 압력차압공(100)의 유입구측 압력에 대응되는 압력이 작용되도록 마련된 압력차압실(200);로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 플러그샤프트(4)의 압력차압공(100)의 유입구측 압력(P1)과 상기 압력차압실(200)측 압력(P2)은 항상 동일하게 균형을 이루고, 압력의 차(P1-P2)는 항상 0(제로)인 것을 특징으로 하고, 상기 압력차압공(100)은 유입구 및 배출구와 동일축선상에 위치하고, 고압의 유체가 접하는 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단의 면적(A1)과 트림하우징(3)의 압력차압실(200)측의 플러그샤프트(4)의 타단의 면적(A2)이 동일한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 직선유로를 가진 고압유량제어밸브의 플러그측의 유입구측 유체압력과 밸브개폐조작을 위한 트림하우징 내부의 압력간의 차이가 균형을 이루도록 하여 밸브의 개폐조작이 유체의 압력이나 유량과 무관하게 이루어질 수 있도록 하여 고압의 유량제어가 우수하고, 고압 유량의 정밀조작이 가능함은 물론, 밸브의 개폐조작시 진동 및 소음이 저감되며, 수충격과 같은 유체압력충격으로 인한 밸브파손을 방지할 수 있는 효과가 있고, 플러그측의 유입구측 유체압력과 밸브개폐조작을 위한 트림하우징 내부의 압력간의 차이가 서로 동일하게 균형을 이루어 제로가 되도록 함으로써, 밸브 개폐조작에 따른 시간이 단축되어 유량제어 성능이 향상되고, 소형 밸브제어장치로도 대형 밸브제어장치가 필요로하는 고압의 유량제어밸브에 적용이 가능하여 밸브의 소형화 및 저소비전력 향상, 생산비용 및 소비자 비용을 절감과 설치장소의 제약이 없어 보다 경제적이며, 비상시 수동으로 고압의 밸브개폐조작이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브의 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브의 유입구가 개방된 측면 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브의 유입구가 차단된 측면 단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다수의 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브의 실시예에 따른 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브의 유입구가 개방된 측면 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브의 유입구가 차단된 측면 단면도이다.

본 발명에 따른 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브는 종래 고압의 유체 제어을 위한 고압유량제어밸브의 문제점인 고압의 유체압력에 의해 밸브의 개폐작동에 따른 구동수단에 고압에 따른 부하량이 증가하여 높은 전력을 소모하여 고압보다 높은 힘으로 밸브의 개폐를 단속해야만 고압유량의 제어가 가능함에 따른 밸브의 대형화, 밸브의 유체 제어의 정밀성 저하, 밸브의 파손, 비상시 수동조작이 불가능한 문제점을 개선한 것으로, 작은 밸브제어장치로도 고압의 유체제어가 가능하고, 이로 인해 밸브의 전체 크기의 소형화가 가능하여 장소의 제약이 적으며, 유체제어가 빠르게 이루어짐은 물론, 정밀성향상과 고압의 유체로 인한 구동수단의 파손이나 손상으로 인한 밸브수명의 단축을 방지하여 오랜 밸브수명을 가져 유지비용의 절감과 유지보수가 간편하며, 비상시 수동조작이 가능하다.

이와 같이 개선된 본 발명에 따른 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브는 통상적인 직선유로가 형성된 좌우로 유입구(1) 및 배출구(2)가 동일축선상에 형성되고, 직선유로 중앙으로 트림하우징(3)이 형성되며, 상기 트림하우징(3)에 내설되어 링크구동, 기어구동, 공압 또는 유압구동, 스크류구동 중 어느 하나의 구동수단(5)에 의해 구동력을 인가받아 트림하우징내의 축선상에서 유입구측으로 좌우왕복운동하도록 마련된 플러그샤프트(4)가 형성되고, 일단이 유입구 직경에 대응되도록 형성되고, 내주연은 유입구 내경에 대응되도록 원통형상으로 형성되며, 내측 중앙으로 상기 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단이 결합되는 체결공(7)이 형성되어 상기 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단이 체결공에 결합되어 일측으로 상기 유입구측 유로를 개폐하도록 좌우왕복운동하는 플러그샤프트에 의해 축선상에서 좌우왕복운동하도록 플러그(6)가 마련되며, 직선유로 외주연 상측으로 상기 트림하우징(3)과 연통되게 설치되어 상기 구동수단(5)의 작동을 제어하여 플러그의 개폐작동을 제어하도록 마련된 밸브제어장치(8)가 마련된 고압유량제어밸브에 간편하게 적용할 수 있는 것으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 압력차압공(100), 압력차압실(200)로 구성된다.

상기 압력차압공(100)은 앞서 전술한 고압유량제어밸브의 상기 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단으로부터 트림하우징 내측 타단으로 동일직경으로 관통형성된다. 즉, 종래 고압유량제어밸브는 유입구를 개방하고 차단하기 위한 플러그가 결합되는 플러그샤프트를 수평상에서 좌우 왕복이동시켜 유입구 개방 및 차단하도록 구성되어 있다.

이와 같은 형태의 종래 고압유량제어밸브의 플러그샤프트의 유입구측 일단은 유입구의 유체압력을 그대로 인가받기 때문에 구동수단에 의해 플러그샤프트를 작동시켜 플러그가 유입구를 차단하도록 하는 일련의 과정에서 개방시에는 유입구측의 유체압력에 의해 손쉽게 개방이 가능하지만 차단시에는 유입구측의 유체압력으로 인해 구동수단의 구동력이 원할하게 전달이 불가능하다. 즉, 유체의 압력보다 큰 힘으로만이 플러그샤프트를 유입구측으로 수평이동시켜 플러그에 으해 유입구를 차단하게 되는데 이와 같은 과정에서 구동수단의 부하량이 상당하고, 이와 같은 부하량에 따른 유입구 차단을 위해서는 밸브제어장치가 상당히 큰 제품을 설치해야 함에 따라 장소의 제약이 따른다.

더욱이, 밸브제어장치를 통한 구동수단의 작동에 따라 플러그샤프트가 유입구측으로 이동하여 플러그에 의해 유입구가 차단된다고 하더라도 유체의 압력이 고압인 상태에서는 플러그의 완벽한 차단이 이루어지기 어려운 문제가 있어 이로 인한 유체의 누설이 발생되고, 이로 인해 유체제어의 정밀성이 떨어지게 된다. 또한, 급격한 압력변화로 인한 워터햄머(수충격)이 발생되면 플러그에 의해 차단된 유입구가 쉽게 개방되는 문제가 발생되기 때문에 밸브의 수명이 짧아지는 결과를 초래한다.

즉, 종래의 플러그샤프트의 유입구측 일단은 고압의 유체 압력을 그대로 인가받기 때문에 이를 상쇠하기 위한 압력의 감압이 필요로 하다. 이와 같은 압력의 감압에 따른 차압을 형성하기 위해 상기 압력차압공(100)을 통해 플러그샤프트의 유입구측 일단에 인가되는 압력이 트림하우징 내에 구성되는 후술되는 압력차압실을 통해 압력차가 발생되도록 하여 플러그샤프트의 이동이 유체의 압력과는 무관하게 작동하도록 형성되는 것이다.

상기 압력차압실(200)은 플러그샤프트의 유입구측 일단에 인가되는 고압의 유체압력에 의한 반대 압력이 발생되도록 형성된 것으로, 상기 트림하우징(3) 내측으로 상기 플러그샤프트(4)의 타단이 수평상 좌우로 슬라이딩 이동가능하게 기밀끼움결합되고, 상기 플러그샤프트(4)의 좌우이동에 따른 수평상의 최대 이격거리보다 크게 요입형성된다. 그리고, 상기 압력차압공(100)과 연통되어 압력차압공으로부터 고압의 유체가 구동수단(5)에 의해 작동되는 상기 플러그샤프트(4)의 좌우 수평이동에 따라 유입 및 배출되면서 상기 압력차압공(100)의 유입구측 압력에 대응되는 압력이 작용되도록 마련된다.

즉, 상기 플러그샤프트(4)의 압력차압공(100)의 유입구측 압력(P1)과 상기 압력차압실(200)측 압력(P2)은 항상 동일하게 균형을 이루고, 압력의 차(P1-P2)는 항상 0(제로)가 된다. 이와 같은 작용에 대하여 살펴보면 유입구측의 고압의 유체 압력이 플러그샤프트의 유입구측 일단에 걸리게 되는 데 이 때, 압력차압공의 형성으로 인해 고압의 유체는 압력을 유지한 상태로 압력차압공(100)을 따라 압력차압실(200)로 이동한다. 여기서, 압력차압실(200)에 도달한 유체는 플럭스샤프트의 타단에 일단측의 압력과 동일한 압력이 작용하게 되고, 이로 인해 앞서 상술한 바와 같이, 유입구측 압력 P1과 압력차압실측 압력 P2가 동일하게 되고, 이의 차는 0이 되어 고압의 유체압력이 플러그샤프트에는 영향을 주지 않게 된다.

또한, 상기 압력차압공(100)은 유입구 및 배출구와 동일축선상에 위치하고, 고압의 유체가 접하는 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단의 면적(A1)과 트림하우징(3)의 압력차압실(200)측의 플러그샤프트(4)의 타단의 면적(A2)이 동일함에 따라 면적당 작용하는 압력역시 동일하여 이의 차가 0이 될 수 밖에 없어 유체의 압력이 플러그샤프트에는 전혀 영향을 주지않아 구동수단의 부하없이 플러그샤프트의 작동이 원할하게 이루어질 수 있고, 압력차가 제로임으로써, 고압의 유량을 제어하기 위한 밸브에도 밸브제어장치가 소형화되어도 유량제어에 문제가 없고, 고압의 압력으로 인한 플러그의 밀림현상이 없어 유량의 누수가 없으며, 이로 인해 정밀한 유량제어가 가능한 것이다.

이와 같은 구성에 따른 본 발명의 밸브개폐가 용이한 고압유량제어밸브를 보다 구체적으로 설명한다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 플러그가 유입구로부터 개방된 상태에서 고압의 유체가 흐르는 상태일 경우 고압의 유량의 제어하기 위해 유입구를 차단하고자 하면 밸브제어장치에 의해 신호가 전달되어 구동신호가 구동한다. 여기서, 구동수단은 링크방식으로 플러그샤프트의 좌우 수평이동을 제어하거나 기어나 공압, 유압을 통한 플러그샤프트의 좌우 수평이동을 제어할 수 있도록 구성할 수 있다.

따라서, 구동수단이 구동작동하면서 플러그샤프트가 유입구측으로 수평이동한다. 플러그샤프트의 수평이동과 동시에 플러그샤프트의 유입구측 일단에 결합된 플러그가 유입구를 차단하도록 이동한다.

상기와 같은 플러그와 플러그샤프트의 이동과정에서 유입구측의 고압의 유체에 의한 압력이 플러그샤프트의 일단으로 집중되고, 이때, 고압의 유체 압력은 플러그샤프트의 중앙에 형성된 압력차압공(100)을 통해 유체가 압력차압실측으로 이동하여 충진된다. 이후, 고압의 유체는 트림하우징내의 압력차압실(200)에 충진되면서 유입구측으로 유입되는 고압의 유체압력이 그대로 인가된 상태로 유체의 흐름에 대하여 반대방향으로 압력이 작용한다.

이때, 고압유체의 압력작용에 대하여 플러그샤프트의 일단과 타단은 동일면적을 이루고 있고, 유입구측의 압력차압공(100)의 일단의 압력 P1과 압력차단실(200)측의 압력차압공(100)의 타단의 압력 P2는 동일압력으로 작용하되, 압력 P1은 유입구에서 압력차압실(200)측으로 작용되고, 압력 P2는 밀폐된 압력차압실에서 유입구측으로 작용된다. 따라서, 동일한 압력을 가진 P1과 P2의 차이는 0(제로)이 되어 플러그샤프트의 좌우 이동간에 고압유체의 압력은 플러그샤프트에 영향을 주지 않아 플러그샤프트를 구동하는 구동수단의 부하가 없이 원활하게 유입구 차단을 제어하고자 하는 방향으로 이동하여 고압유체의 차단이 빠르고 정확하게 이루어진다.

여기서, 고압의 유체 압력이 플러그샤프트에 영향을 주지 않는 압력 0(제로)인 상태를 유지함에 따라 플러그에 의한 유입구 차단력은 고압 유체에 의한 압력보다 크게 형성되기 때문에 고압의 유체 압력으로 인한 플러그의 밀림현상으로 인한 유체의 배출구측 유출없이 완벽하게 차단되어 유체제어가 이루어진다.

다음으로, 플러그에 의해 유입구가 차단된 상태에서도 플러그샤프트의 양단의 면적이 동일면적을 이루고, 압력차단공(100)과 압력차단실(200)에 의해 유체의 흐름방향과 역방향으로 압력이 작용하여 상쇠됨에 따라 플러그샤프트의 이동간에 구동수단의 부하가 없이 원활하게 작동하여 플러그가 유입구를 개방하게 되고, 개방의 폭도 조절이 용이하게 이루어질 수 있어 유체의 유량 측정이나 유량제어의 정밀성이 향상될 수 있다.

즉, 고압의 유체의 압력은 유입구측의 압력차압공(100)과 플러그샤프트의 유입구측 면적 A1에 대하여 압력 P1으로 작용하고, 압력작용방향은 압력차압실(200)측으로 작용한다. 그리고, 압력 P1으로 압력차압공(100)을 따라 이동하여 압력차압실(200)에 충진되는 고압 유체의 압력은 플러그샤프트의 압력차압실측의 면적 A2에 대하여 압력 P2로 작용하고, 압력작용방향은 유입구측으로 작용하게 된다.

따라서, 동일면적을 가진 플러그샤프트의 일단과 타단의 면적 A1과 A2는 동일한 압력을 받게 되고, 압력 P1과 P2는 동일한 압력으로 서로 마주보는 방향으로 작용하여 압력의 차이가 0(제로)이 된다. 이에, 고압의 유체압력이 작용되더라도 플러그샤프트를 구동하기 위한 구동수단의 부하가 없이 구동수단에서 인가되는 구동력이 그대로 작용되어 플러그샤프트의 작동이 원활하게 이루어질 수 있어 고압 유체의 유량 제어가 용이하고, 빠르게 이루어질 수 있다.

또한, 플러그샤프트의 작동을 위한 압력이 0(제로)가 됨에 따라 종래와 같이 압력이 그대로 플러그샤프트의 유입구측에서만 작용하여 개방보다 폐쇄가 어려웠던 문제가 해결됨에 따라 비상시 수동조작도 가능한 것이다.

이상에서는 본 발명을 하나의 실시예로서 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 기술사상 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자라면 다수의 변형 및 수정이 가능함은 명백한 것이며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

1 : 유입구 2 : 배출구
3 : 트림하우징 4 : 플러그샤프트
5 : 구동수단 6 : 플러그
7 : 체결공 8 : 밸브제어장치
100 : 압력차압공 200 : 압력차압실

Claims

직선유로가 형성된 좌우로 유입구(1) 및 배출구(2)가 동일축선상에 형성되고, 직선유로 중앙으로 트림하우징(3)이 형성되며, 상기 트림하우징(3)에 내설되어 링크구동, 기어구동, 공압 또는 유압구동, 스크류구동 중 어느 하나의 구동수단(5)에 의해 구동력을 인가받아 트림하우징내의 축선상에서 유입구측으로 좌우왕복운동하도록 마련된 플러그샤프트(4)가 형성되고, 일단이 유입구 직경에 대응되도록 형성되고, 내주연은 유입구 내경에 대응되도록 원통형상으로 형성되며, 내측 중앙으로 상기 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단이 결합되는 체결공(7)이 형성되어 상기 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단이 체결공에 결합되어 일측으로 상기 유입구측 유로를 개폐하도록 좌우왕복운동하는 플러그샤프트에 의해 축선상에서 좌우왕복운동하도록 플러그(6)가 마련되며, 직선유로 외주연 상측으로 상기 트림하우징(3)과 연통되게 설치되어 상기 구동수단(5)의 작동을 제어하여 플러그의 개폐작동을 제어하도록 마련된 밸브제어장치(8)가 마련된 고압유량제어밸브에 있어서,
상기 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단으로부터 트림하우징 내측 타단으로 동일직경으로 관통형성된 압력차압공(100)과; 상기 트림하우징(3) 내측으로 상기 플러그샤프트(4)의 타단이 수평상 좌우로 슬라이딩 이동가능하게 기밀끼움결합되고, 상기 플러그샤프트(4)의 좌우이동에 따른 수평상의 최대 이격거리보다 크게 요입형성되며, 상기 압력차압공(100)과 연통되어 압력차압공으로부터 고압의 유체가 구동수단(5)에 의해 작동되는 상기 플러그샤프트(4)의 좌우 수평이동에 따라 유입 및 배출되면서 상기 압력차압공(100)의 유입구측 압력에 대응되는 압력이 작용되도록 마련된 압력차압실(200);로 형성된 것으로, 상기 플러그샤프트(4)의 압력차압공(100)의 유입구측 압력(P1)과 상기 압력차압실(200)측 압력(P2)은 항상 동일하게 균형을 이루고, 압력의 차(P1-P2)는 항상 0(제로)인 것을 특징으로 하고, 상기 압력차압공(100)은 유입구 및 배출구와 동일축선상에 위치하고, 고압의 유체가 접하는 플러그샤프트(4)의 유입구측 일단의 면적(A1)과 트림하우징(3)의 압력차압실(200)측의 플러그샤프트(4)의 타단의 면적(A2)이 동일한 것을 특징으로 하는 밸브개폐조작이 용이한 고압유량제어밸브.
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